氮化镓场效应晶体管不同构造版图的焊盘设计

  我们在这篇文章讨论怎样在电路板上可靠地焊接使用栅格阵列封装的氮化镓场效应晶体管。由于氮化镓场效应晶体管的体积和间距都小,与焊接更大体积和具较低效形状系数的器件相比,焊接时需要特别小心。
 
  氮化镓场效应晶体管的构造
  我们列举了氮化镓场效应晶体管的四种不同构造版图(见图1)。所列器件已实现无铅及无卤化物。符合有害物质限制条例要求的栅格阵列封装使用含95.5%Sn,4%Ag和0.5%Cu焊的焊盘。焊条高度为100µm+/-20µm。
eGaN FET①及eGaN FET⑤晶片和焊条版图的焊条图 
图1(a): eGaN FET①及eGaN FET⑤晶片和焊条版图的焊条图。
 
eGaN FET⑥及eGaN FET④晶片和焊条版图的焊条图 
图1(b): eGaN FET⑥及eGaN FET④晶片和焊条版图的焊条图。
 
eGaN FET③晶片和焊条版图的焊条图 
图1(c): eGaN FET③晶片和焊条版图的焊条图。
 
eGaN FET②晶片和焊条版图的焊条图 
图1(d): eGaN FET②晶片和焊条版图的焊条图。
 
  所有无铅产品在260℃的湿度灵敏等级都是1级(MSL1),是商用半导体中最高的一级。产品采用卷带供货,以支持高效和低成本的装配(如图2所示)。
卷带构造 
图2: 卷带构造。
 
  印刷电路板的设计指南
  焊盘设计
  图3显示了针对表1所列出的每一个(共四个)氮化镓场效应晶体管的构造版图的推荐焊盘设计。由阻焊层设定(SMD)的焊盘设计是首选,因为与由非阻焊层设定(NSMD)的焊盘设计相比,它更为精确。由于其间距的结构精细,SMD可以防止晶片倾斜。我们从缩减锡棒两边的阻焊层宽度10µm就可以实现这些由阻焊层设定的焊盘设计。对具有200µm宽度锡棒的产品来说,由阻焊层设定的焊盘宽度为180µm。对具有250µm宽度锡棒的产品而言,其阻焊层设定的焊盘宽度将会是230µm。
各个氮化镓场效应晶体管的器件规格 
表1: 各个氮化镓场效应晶体管的器件规格。
 
eGaN FET①及eGaN FET⑤的推荐焊盘 
图3(a): eGaN FET①及eGaN FET⑤的推荐焊盘(以micron计算尺寸)。
 
eGaN FET⑥及eGaN FET④的推荐焊盘 
图3(b): eGaN FET⑥及eGaN FET④的推荐焊盘(以micron计算尺寸)。
 
eGaN FET③的推荐焊盘 
图3(c): eGaN FET③的推荐焊盘(以micron计算尺寸)。
 
eGaN FET②的推荐焊盘 
图3(d): eGaN FET②的推荐焊盘(以micron计算尺寸)。
 
  面处理物
  常用的焊盘表面处理的物料如下:
  ·NiAu(无电镀镍沉浸金)
  ·OSP(有机可焊性防腐剂
  ·HASL(热空气整平)
  ·沉浸Ag(银)
 
  晶片盘顶的铜层
  我们推荐在晶片区域外的顶层采用两盎司铜和印刷电路板通孔。通孔不应该放在锡棒下面,除非通孔非常小且完全被铜填满。通孔的洞口处于源极、栅极或漏极锡棒下面,可引致电路板跟晶片之间大不相同的层间距离。这个层距可1)影响使用者能否完全清洁电路板跟场效应晶体管之间的区域;2)增晶片倾斜的变化;及3)致使晶体管的温度循环表现变差。
 
  铜板版模设计
  我们所推荐的钢版孔径的设计见图4,面相对不同底层的器件简图见图5及图6。
  长方形孔径的长度及阔度与焊盘相同。孔径角是具60µm半径的圆弧。我们所推荐的钢版薄片的厚度是100µm。
eGaN FET①及eGaN FET⑤的推荐钢版孔径设计 
图4(a): eGaN FET①及eGaN FET⑤的推荐钢版孔径设计(单位为µm)。
 
eGaN FET⑥及eGaN FET④的推荐钢版孔径设计 
图4(b): eGaN FET⑥及eGaN FET④的推荐钢版孔径设计(单位为µm)。
 
eGaN FET③的推荐钢版孔径设计 
图4(c): eGaN FET③的推荐钢版孔径设计(单位为µm)。
 
eGaN FET②的推荐钢版孔径设计 
图4(d): eGaN FET②的推荐钢版孔径设计(单位为µm)。

焊条、锡焊料钢版和外铜层的顶视图
图5:焊条、锡焊料钢版和外铜层的顶视图。

放置在含印刷版模焊剂的电路板的晶片的截面图
图6:放置在含印刷版模焊剂的电路板的晶片的截面图。

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